1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、前言

SBR（sequencing batch reactor）这个术语是Irvine于1971年在PIWC（Purdue Industrial Waste Conference）上提出的，用来描述间歇运行的活性污泥周期工艺，是专门为处理小流量与间歇排放的有机废水而设计的^[1]。

在过去的一百余年里，污水生物处理经历了三个阶段。在污水处理初期，人们主要处理污水中的悬浮固体和可降解有机物；到20世纪60~70年代，人们发现氨氮和磷的存在使水体富营养化，所以要将污水中的有机物和氨氮均去除，即污水的硝化处理；20世纪下半叶，随着水体富营养化问题的严重，对污水处理系统的除磷脱氮功能要求更高。早期的污水处理只去除固体悬浮物、有机物和进行脱色，所以多利用传统活性污泥法和生物膜法。后来对氮磷等元素去除的要求变高，由此推动了污水处理技术的发展。

我国是一个农业大国，而畜禽业又是我国农业的重要组成部分，因而畜禽养殖业产生的污染处理就显得尤为重要。 养殖场废水含有机物浓度高，直接排放对水质和土壤污染严重，且其散发的气味也恶化了周围的空气。有关研究资料表明，猪场排放废水中BOD₅高达2000~8000 mg/L，COD高达5000~20000 mg/L，且SS浓度也超标数10倍^[2]。2002年和2003年，我国畜禽粪便产生量分别为27.5亿吨和31.9亿吨，是工业固体废弃物的2.91倍和3.2倍^[3,4]。目前，畜禽养殖污染已成为我国农村面源污染的主要原因之一。

当前，我国土壤环境总体状况堪忧，部分地区污染较为严重，已成为全面建成小康社会的突出短板之一。加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化，关系6亿多农村居民生产生活环境，关系农村能源革命，关系能不能不断改善土壤地力、治理好农业面源污染，是一件利国利民利长远的大好事^[5]。

二、养殖废水的主要处理工艺介绍

2.1 养殖废水处理的主要工艺及其原理和特点、缺点

常用污水处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法^[6]。畜禽养殖业废水主要由尿液、部分残余的或者全部粪便和饲料残渣（不同清粪方式）、冲洗水以及少量生活污水组成。其水质特征主要表现在有机物浓度高，氨氮浓度高、低碳氮比，悬浮物质和致病菌也较高，但可生化性较好^[7]。由于其中有大量固体悬浮物，成分很复杂，因此处理相当困难。目前对于养殖场的废水处理主要有三种方法，如表1。

表1 废水处理方法对照表

2.2生物处理技术介绍

生物处理污水的方法分为好氧和厌氧两种处理方法，其中好氧处理方法又包括活性污泥法与生物膜法。活性污泥法中运用的工艺主要有A/O，A²/O，SBR，MSBR工艺等。

2.2.1 活性污泥法的介绍

活性污泥法是以一种活性污泥为主体的废水生物处理技术。在人工充氧条件下，培养驯化微生物群体，这种具有活性的微生物絮凝体被称为”活性污泥”，利用活性污泥的吸附和生化氧化作用，以分解去除废水中溶解的和胶体的有机物质，使废水得以净化^[20]。

2.2.2活性污泥法的主要工艺

1、A/O（厌氧/好氧）工艺

A/O是Anoxic/Oxic的缩写，其中A（Anacrobic）是厌氧段，O（Oxic）是好氧段。A/O工艺是由缺氧和好氧两部分组成的污水生物处理系统。

A/O工艺将厌氧段和好氧段串联在一起。在厌氧段，反硝化细菌将有机氮进行氨化产生游离氨，在好氧条件下硝化细菌的硝化作用将NH₃-N（NH⁴ ）氧化为NO₃^-，通过回流控制返回至厌氧池，在厌氧池中反硝化细菌的反硝化作用将NO₃^-还原为分子态氮（N₂）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。其流程图见图1。图2 A²/O工艺流程示意图

A²/O工艺中总的水力停留时间短，可同步脱磷除氮，不会发生污泥膨胀，且污泥中磷含量高，可用做肥料，运行过程中无需投药，运行费用低。但是除磷效果稍差，内回流量大，反应池容积大，能耗较高。

3、SBR工艺

SBR是序列间歇式活性污泥法的简称，又称序批式活性污泥法。典型SBR工艺每个周期都有五个操作工序：进水、反应、沉淀、滗水、闲置。SBR基本运行模式如图一^[12]。一个周期结束后继续下一个周期，循环进行。生产废水经格栅进入集水池，再进入调节池进行水质水量调节，然后再进入水解酸化池，经水解酸化池厌氧处理后的废水进入SBR反应池进行好氧处理。SBR反应完成后，出水再进入接触氧化池，最后进入气浮池经过投加PAC，PAM 处理后直接排放^[10]。

与连续流系统相比，SBR系统的最大优势在于其操作、运行的灵活性，可为实现所需要的特定作用而对其进行灵活及时的调整^[11]。SBR反应器基本运行模式如图3。

图3 SBR反应器的基本运行模式示意图

SBR反应器的特点有：1、流程简单，构筑物简单，占地少，节省费用；2、反应阶段是理想的推流过程，生化反应推动力大、效率高^[13]；3、运行方式灵活，脱氮除磷效果好；4、处理有机废水能力强；5、耐冲击负荷大；6、有效防止污泥膨胀现象的发生；7、如操作得当, 可获得比连续式更好的出水水质^[14]；8、污泥活性高, 沉降性能好^[14]。

基于以上的特点，SBR系统更适合以下情况：1、中小城市生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方；2、需要较高出水水质的地方，如风景浏览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求除水中除磷脱氮，防止河湖富营养化；3、水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用；4、用地紧张的地方；5、对已建连续流废水处理厂的改造等；6、非常适合小水量间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理^[15]。

三、 SBR反应器研究及应用的现状

3.1 SBR反应器的不足

SBR反应器的缺点：1、容积利用率不高；2、控制设备复杂，运行维护要求高；3、流量不均匀，出水水头损失大；4、与后续处理工段协调困难；5、不宜大规模化。

3.2 SBR反应器应用的现状举例

1、改变工艺流程为进水搅拌、曝气、停曝搅拌、沉淀、排泥、排水。最佳运行参数为搅拌时间(进水时)45min,进气量 0.5m³/h,曝气时间5h,搅拌时间(曝气后)75min, 沉淀时间75min。在最佳参数运行下COD_Cr的去除率基本稳定在90%,NH₃-N的去除率在65%～80%之间, 但大多都集中在70%左右,TP的去除率在30%～40%之间波动^[16]。

2、改变运行模式，按照短时进水、厌氧、曝气、缺氧、沉淀、排水、闲置的运行方式，确定最佳运行模式为厌氧80 min，曝气4 h，缺氧1 h，沉淀0. 5 h，该运行模式下COD_Cr、NH₃－N及TP的去除率分别为90.12%、55.16%、92.45%^[21]。

3、采用推流式SBR工艺，工艺运行的最佳过程参数：水温为20 ℃；pH值为7.5；MLSS质量浓度为5319 mg/L；SV为35%；SVI 为65.80。整个运行周期总的曝气时间为90 min，厌氧时间为220 min。新型的SBR工艺在周期运行中实施短时进水、曝气、沉淀、出水（进水）循环，形成一个A－O－A快速交替的连续过程，其运行周期为：进水（厌氧1 h）；曝气（好氧10 min）；沉淀进、出水（缺氧2 min）；曝气（好氧10 min）；沉淀进、出水（缺氧2 min）#8230;#8230;

改进后NH₃-N去除率最高达到92%，TP的去除率最高达到98.76%，TN的去除率73%，COD去除率达90%^[22]。

4、采用啤酒废水、葡萄糖、甲醇作为外加碳源。当氨氮的起始浓度为在（11#177;3）mg/L范围内，以啤酒废水为外加碳源时氨氮的去除率为27.8%~65.7%不等，以葡萄糖为外加碳源时氨氮的去除率可达44.0%~67.8%，以甲醇为外加碳源氨氮去除率21.4%~37.6%。均大于对照组的14.0%。

总氮的浓度处于(39.9%~49.3%)mg/L时，对照组的总氮去除率为34.6%。投加葡萄糖以后可使总氮的去除率达最高，为65.0%，投加甲醇可使去除率最高能达到56.0%，投加啤酒废水可使系统对总氮的去除率保持在49.6%~54.8%。

当总磷浓度在（3.59~4.59）mg/L范围内时，对照组总磷的去除率仅为29.6%。加入啤酒废水作为碳源可以使其提高到50.4%~57.3%；以葡萄糖为碳源时，总磷去除率最高仅为48.8%；投加甲醇最高可使其达到50.8%^[23]。

5、采用SBR工艺直接处理猪场废水厌氧消化液, 处理系统的效率较低,COD去除率仅有10 %左右, NH ⁴-N去除率70 %左右;处理出水水质较差,出水COD高于1000 mg/ L,出水NH ⁴-N在200mg/L左右。

在厌氧消化液中添加部分原水,处理系统的处理效率明显提高,COD去除率高于80 %,出水COD降到250～350mg/ L;NH ⁴-N去除率高于99 %,出水NH ⁴-N小于10mg/L;处理系统的稳定性也得到增强^[18]。

四、SBR反应器的改进方向或发展趋势

4.1 SBR反应器的改进方向

近几年来对于SBR的探索一直没有停止，一般从如下几种方向进行研究。

1、通过改变SBR 工艺的运行程序考察COD_Cr、NH₃- N、TP的去除率, 从中找出SBR工艺同时脱氮除磷的影响因素,并确定最佳运行参数。实验中考察5个因素:搅拌时间(进水时)、进气量、曝气时间、搅拌时间(曝气后)、沉淀时间^[16]。

2、通过单因素实验，改变厌氧时间、好氧曝气时间、缺氧时间、沉淀时间以及正交实验探索最佳运行模式。

3、研究并改进SBR处理厌氧消化液的性能：采用SBR工艺直接处理厌氧消化液,有COD和NH ⁴ -N 去除效率低,反应器工作性能不稳定,处理出水不能满足国标GB18596-2001^[17]等问题^[18]。

4、采用推流式SBR

5、添加原水

6、投加不同种类、浓度的外加碳源：不同种类、浓度的外加碳源的投加均可以使氨氮、总氮、总磷的去除率提高，证明投加外加碳源可以提高SBR法脱氮、除磷的效果^[19]。

4.2课题发展趋势

本课题选择向MSBR方向发展。MSBR是结合传统活性污泥法技术，研究开发的一种改良版技术，又称改良式序列间歇反应器。它实质上是A²/O工艺和SBR工艺的串联。

反应器由三个主要部分组成：曝气格和两个交替序批处理格。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格交替分别作为SBR和澄清池:主曝气格连续曝气，序批处理格中的一个作为澄清池(相当于普通活性污泥法的二沉池作用)，另一个序批处理格则进行以下一系列操作步骤。其流程如图4。

图4 MSBR工艺流程图

MSBR无需另建二沉池，土建投资较少；有机质的降解更完全且能耗少，脱氮除磷效果好；污泥的沉降性能和脱水性能良好；污泥浓度高，耐冲击负荷能力强；排放剩余污泥浓度高,体积少，剩余污泥处理方便简捷。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题要研究或解决的问题

本课题主要解决传统sbr反应器有机负荷低、处理效率低、占地面积大、建设投资大等问题。

拟采用的研究手段（途径）